Kungliga Fysiografiska Sällskapet i Lund logotyp

2009

Sten von Friesens pris – 80.000 kr

Johan Mauritsson, docent, Avdelningen för Atomfysik, Lunds universitet

Attofysik handlar om att studera händelseförlopp på elektronernas naturliga tidsskala, attosekundsskalan (1 attosekund = 10-18 sekunder). Detta inkluderar bland annat att generera de kortaste ljuspulserna som någonsin har skapats, attosekundspulser. Det kan vara svårt att föreställa sig hur kort en attosekund är, men en jämförelse kan underlätta: en attosekund förhåller sig till en sekund på samma sätt som en sekund förhåller sig till två gånger universums ålder! Det är på den här tidsskalan som elektroner rör sig i atomer och molekyler. Syftet med attofysik är att fördjupa vår inblick i elektronernas dynamik och att lära oss hur vi kan kontrollera deras rörelser.

Med en kamera kan ett föremål som rör sig ”frysas” på en film, tidsupplösningen bestäms då antingen av slutarens hastighet eller av blixten. På atomär och molekylär nivå tar man istället fotot med hjälp av ”pump-prob” experiment. Rörelsen som ska studeras initieras av ”pumpen” och händelseförloppet kan studeras i realtid med hjälp av ”proben”, förutsatt att den är tillräckligt kort. Attosekundspulser som är tillräckligt korta för att kunna studera elektronernas dynamik har varit möjliga att skapa i ett par år, men det har fram tills nu inte gått att använda dem till att filma elektronrörelser eftersom pulserna var för sig inte är tillräckligt ljusstarka. Att vi har lyckats nu beror på att vi har utvecklat en teknik där vi tar flera bilder vid exakt samma tillfälle i processen. Tekniken påminner mycket om ett stroboskop och en förutsättning är att processen upprepas periodiskt. Ett klassiskt exempel på en periodisk rörelse som kan avbildas med ett stroboskop är en kolibri som flaxar med vingarna. På liknande sätt, men givetvis en helt annan tidsskala, har vi med en sekvens av attosekundspulser synkroniserade till en ljusvåg utvecklat en teknik som kan användas till att filma elektronrörelser.

Målsättning nu är att vidareutveckla forskningsområdet attofysik och ta steget från ”ny och lovande” ljuskälla till ”användbar” och därmed stärka Lunds ställning som ett av de ledande universiteten inom fältet. För att uppnå detta kommer vi att utveckla och demonstrera nya tillämpningar av attosekundspulser och kontinuerligt förbättra genereringsprocessen. Jag har jobbat med attofysik både experimentellt och teoretiskt och hoppas kunna fortsätta att bidra till utvecklingen av attofysik.

Eva och Lars Gårdings pris i matematik – 165.000 kr

Svante Janson, professor i matematik, Uppsala universitet

SLUMPGRAFER

En graf är en matematisk struktur som kan användas i många olika sammanhang. En graf består av ett antal objekt, som kallas noder, och ett antal förbindelser, kallade länkar, där varje länk förbinder två noder i grafen. Grafer används bland annat, förutom inom ren matematik, för att beskriva nätverk i olika tillämpningar; t.ex. Internet (som ett fysiskt nätverk av datorer, eller som ett logiskt nätverk av webbsidor och länkar), sociala nätverk, vägar för smittospridning i en befolkning, näringskedjor, flödesscheman, m.m.

Min forskning handlar om slumpgrafer, där antingen noder eller länkar konstrueras slumpmässigt. Ett enkelt och viktigt exempel är att först bestämma antalet noder och antalet länkar, och sedan välja länkarna slumpmässigt (t.ex. genom lottning) en och en tills man fått rätt antal. Man frågar sig vad som händer när antalet noder och länkar är mycket stort, och hur slumpgrafen då typiskt kommer att se ut.

Ett exempel är följande: Om antalet länkar är "litet" så kommer slumpgrafen med stor sannolikhet bara att bestå av många små öar som inte hänger samman med varandra. Om däremot antalet länkar är "stort", så kommer en stor del av alla noder att hänga ihop i en enda jättekomponent. Jag har i min forsking bland annat studerat generaliseringar av detta till mer komplicerade versioner av slumpgrafer.

Min egen forskning är rent teoretisk, utan direkt koppling till tillämpningar, men jag har också kontakt med andra forskare som arbetar med att tillämpa slumpgrafteori. Ett aktuellt exempel på en sådan tillämpning är inom epidemiologi, där man tänker sig en graf där noderna är innevånarna i t.ex. Sverige, och länkarna representerar alla kontakter mellan två personer där den ena kan smitta den andra med en viss sjukdom, t.ex. influensa. Hur en smitta sprids i befolkningen beror på matematiska egenskaper hos denna graf.
I praktiken är det naturligtvis omöjligt att exakt kartlägga en så stor och komplicerad graf, men experter kan skaffa sig en hel del information och sedan studera lämpligt valda slumpgrafer som modeller för verkligheten. Sådana modeller används för att förutsäga epidemiers förlopp och effekten av vaccinationer.

Sten och Ingrid Ahrlands pris – 50.000 kr

Anders Østergaard Madsen, doktor i kemi, Köpenhamns universitet

Den kemiska termen polymorfi betecknar förmågan hos ett fast ämne att kristallisera i olika strukturer. Ett bra exempel är kol, som kristalliserar, som diamant, grafit eller fullerener (kol-60). Fenomenet är viktigt när man tillverkar kristallina material som läkemedel, färgpigment och explosivämnen, därför att olika polymorfer har olika egenskaper, t.ex. färg, löslighet och smältpunkt. Okunnighet om de faktorer som styr bildningen av polymorfa strukturer av ett kristallint ämne förhindrar rationell syntes. Exempel på dålig kontroll av polymorfi är vanliga; två polymorfer kan kristallisera samtidigt och det händer att en av de polymorfa strukturerna plötsligt försvinner efter åratals reproducerbar syntes. Detta hände t.ex. med AIDS-läkemedlet Ritonavir, som plötsligt försvann, sedan en ny mindre löslig polymorf uppstod och den gamla inte längre bildades.

Anders Östergaard Madsens forskning fokuserar på att förstå egenskaper, molekylära interaktioner och molekylernas dynamik med hjälp av röntgen- och neutrondiffraktionsexperiment stödda av teoretiska beräkningar och studier av andra fysikaliska och kemiska egenskaper.

Polymorfa system erbjuder unika möjligheter att undersöka vilka faktorer som styr kristallbildning, kristalltillväxt, stabilitet och egenskaper; eftersom molekylerna i polyforma kristaller är identiska är det möjligt att hänföra skillnaderna i egenskaper mellan de olika polymorferna till intramolekylära faktorer. Förståelse av dessa faktorer är en förutsättning för rationell syntes av t.ex. nya läkemedel.